ความรู้พื้นฐานในการเตรียมอนุภาคนาโน

ความรู้พื้นฐานในการเตรียมอนุภาคนาโน

เรียบเรียงโดย ผศ.ดร. มณิศรา พิริยวิรุตม์

อนุภาคนาโน (Nanoparticle) คือ อนุภาคที่มีมิติภายในอก หนึ่ง สอง หรือสามมิติมีขนาดนาโน หรือ วัตถุนาโนที่มีมิติภายนอกทั้ง 3 มิติมีขนาดนาโน
การเตรียมวัสดุนาโนแบ่งได้เป็น 6 วิธี ดังนี้

      1. Sol-gel                          2. Electric arc discharge            3. Electric sparking

      4. Dip coating                5. Electrodeposition                     6. Electrospinning

1. Sol-gel process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนโดยการนาสารละลายมาทาปฏิกิริยา โดยการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวที่เรียกว่า “Sol” ให้อยู่ในรูปของสารแขวนลอยที่มีขนาดอนุภาคประมาณ 0.1-1 ไมครอน และเกาะตัวกันเป็นร่างแหอย่างไม่เป็นระเบียบเรียกว่า “Gel” จากนั้นนาสารที่ได้ไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิในช่วงไม่เกิน 1000 องศาเซลเซียส จะได้ผลิตภัณฑ์ในรูปแบบต่างๆ เช่น เส้นใย (Fiber) แอโรเจล (Aerogel) ซีโรเจล (Xerogel) ผง (Powder)

ที่มา http://www.lswn.it/en/node/10186

17
2. Electric arc discharge process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนโดยเป็นกระบวนการป้อนกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์เข้าไปเพื่อให้อนุภาคเกิดการแตกตัวกลายเป็นพลาสมาร้อน จากนั้นอนุภาคที่แตกตัวจะเกิดการควบแน่นและก่อตัวใหม่ที่ขั้วแคโทด วิธีนี้ง่ายและมีค่าใช้จ่ายน้อย แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจจะมีขนาดไม่สม่าเสมอและมีสิ่งเจอปนผสมอยู่ นิยมใช้ในการเตรียมท่อนาโนคาร์บอน

ที่มา http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493101003034

18

3. Electric sparking process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนที่อาศัยการถ่ายเทประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทาให้เกิดประกายไฟและไอออนของอนุภาคขึ้น ทาให้มีอิเล็กตรอนอิสระและไอออนในอากาศมากขึ้น จากนั้นอนุภาคที่แตกตัวจะเกิดการควบแน่นและก่อตัวขึ้นใหม่ นิยมใช้ในการเตรียมวัสดุนาโนในกลุ่มโลหะออกไซด์ นาโนด๊อทและฟิล์มบาง เช่นการเคลือบโลหะออกไซด์ลงบนกระจก

4. Dip coating process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนโดยการนาสารละลายที่เตรียมได้จากกระบวนการอื่นๆ มาทาการจุ่มเคลือบตัวกลางที่ต้องการ ทาให้เกิดการเรียงตัวของอนุภาคบนพื้นผิวของตัวกลางที่ต้องการจึงเกิดเป็นฟิล์มบางขนาดนาโนขึ้น จากนั้นนาฟิล์มบางนาโนที่ได้ไปให้ความร้อน เพื่อทาให้ฟิล์มสามารถยึดติดบนผิวของแผ่นรองรับได้ดี

ที่มา http://hosting.umons.ac.be/php/lpsi/Dip

19

5. Electrodeposition process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนโดยการทาให้โลหะไปพอกพูนอยู่บนผิวหน้าของชิ้นงาน โดยการให้ศักย์ไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า ทาให้โลหะไอออนที่อยู่ในสารละลายเกิดปฏิกิริยารีดักชันโดยโลหะไอออนจะเคลื่อนที่ไปรับอิเล็กตรอนที่ขั้วลบของอิเลคโทรดและเปลี่ยนสภาพเป็นโลหะที่เป็นของแข็งพอกพูนอยู่ที่ขั้ว นิยมใช้ในการเตรียมท่อนาโน ฟิล์มบางนาโน

ที่มา http://www.intechopen.com/books/electrodeposited-nanowires-and-their-applications/extracting-individual-properties-from-global-behaviour-first-order-reversal-curve-method-applied-to-

20

6. Electospinning process
เป็นการเตรียมวัสดุนาโนโดยอาศัยแรงทางไฟฟ้าเพื่อทาให้เกิดการพุ่งเป็นลาของสารละลายซึ่งมีประจุไฟฟ้า อันเป็นผลจากการเชื่อมต่อกับแหล่งกาเนิดศักย์ไฟฟ้ากาลังสูง (High voltage power supply) ส่งผลทาให้เกิดการยืดตัวของสารละลายพอลิเมอร์หรือพอลิเมอร์หลอมเหลว แล้วเกิดเป็นเส้นที่มีขนาดเล็กซ้อนทับกันบนวัสดุรองรับที่เป็นโลหะหรือวัสดุที่มีสมบัตินาไฟฟ้าได้ นิยมใช้ในการเตรียมเส้นใยนาโน

 21

เอกสารอ้างอิง : พวงรัตน์ ขจิตวิชยานุกูลและคณะ, 2555, คู่มือความปลอดภัยในการทา งานวิจัยเกี่ยวกับวัสดุนาโน,
สถานวิจัยเพื่อความเป็นเลิศทางวิชาการด้านวิจัยและนวัตกรรมเพื่อสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร